Astronomer undersöker ständigt himlen för det oväntade. De är villiga att ta till sig nya idéer som kan ersätta de senaste årens visdom.
Men det finns ett undantag från regeln: sökningen efter Earth 2.0. Här vill vi inte hitta det oväntade utan det förväntade. Vi vill hitta en planet som liknar vår egen, vi kan nästan kalla den hem.
Samtidigt kan vi inte exakt avbilda dessa planeter med tillräckligt stor detalj för att se om man är en vattenvärld med läckra gröna växter och civilisationer, men vi kan använda indirekta metoder för att hitta en ”jordliknande” planet - en planet med en liknande massa och radie till jorden.
Det finns bara ett problem: de nuvarande teknikerna för att mäta en exoplanets massa är begränsade. Hittills mäter astronomer radiell hastighet - små vinglar i en stjärns bana när den dras av gravitationskraften på dess exoplanet - för att härleda planet-till-stjärna massförhållandet.
Men med tanke på att de flesta exoplaneter upptäcks via deras transportsignal - fall i ljuset när en planet passerar framför sin värdstjärna - skulle det inte vara bra om vi kunde mäta massan baserat på den här metoden ensam? Astronomer på MIT har hittat ett sätt.
Doktorand Julien de Wit och MacArthur Fellow Sara Seager har utvecklat en ny teknik för att bestämma massa genom att använda en exoplanets transportsignal ensam. När en planet passerar passerar stjärnans ljus genom ett tunt lager av planetens atmosfär, som absorberar vissa våglängder i stjärnans ljus. När stjärnljuset når jorden kommer det att präglas av de kemiska fingeravtryck från atmosfärens sammansättning.
Det så kallade transmissionsspektrum gör det möjligt för astronomer att studera atmosfären i dessa främmande världar.
Men här är nyckeln: en mer massiv planet kan hålla fast vid en tjockare atmosfär. Så i teorin kan en planetmassa mätas baserat på atmosfären eller transmissionsspektrumet ensam.
Naturligtvis finns det inte en till en korrelation, eller vi skulle ha räknat ut det för länge sedan. Atmosfärens omfattning beror också på dess temperatur och vikten på dess molekyler. Väte är så lätt att det glider bort från en atmosfär lättare än säga syre.
Så de Wit arbetade från en standardekvation som beskrev skalhöjd - det vertikala avståndet över vilket trycket i en atmosfär minskar. I vilken utsträckning trycket sjunker beror på planetens temperatur, planetens gravitationskraft (a.a. massa) och atmosfärens densitet.
Enligt grundalgebra: Att känna till tre av dessa parametrar låter oss lösa för den fjärde. Därför kan planetens gravitationskraft, eller massan, härledas från dess atmosfäriska temperatur, tryckprofil och densitet - parametrar som kan erhållas enbart i ett transmissionsspektrum.
Med det teoretiska arbetet bakom dem använde de Wit och Seager den heta Jupiter HD 189733b, med en redan väl etablerad massa, som en fallstudie. Deras beräkningar avslöjade samma massmätning (1,15 gånger Jupiters massa) som den som erhölls genom mätningar av radiell hastighet.
Denna nya teknik kommer att kunna karakterisera massan av exoplaneter baserat på deras transitdata enbart. Medan heta Jupiters förblir det främsta målet för den nya tekniken, syftar de Wit och Seager till att beskriva jordliknande planeter inom en snar framtid. Med lanseringen av James Webb Space Telescope planerat till 2018, borde astronomer kunna få massan av mycket mindre världar.
Uppsatsen har publicerats i Science Magazine och är nu tillgänglig för nedladdning i mycket längre form här.
